隧道力学概论 内容简介

本书简明扼要地阐述了隧道力学的基础理论、解析模拟、数值模拟、物理模拟、参数估计与不确定性分析。正文分八章，依次阐述了：固体力学基础，隧道与围岩，深埋隧道弹粘塑性力学解析理论，浅埋隧道经验公式与解析理论，浅埋隧道环境力学解析理论，数值模拟，物理模拟，参数估计与不确定性分析。附录包含四个部分，分别阐述了：弹性平面问题的复变函数解法，平面均匀应力场的弹性解，均匀初始应力场深埋圆截面隧道弹性解的复变函数法推导，无限长弹性地基梁的解析解。

隧道力学概论 本书特色

《隧道力学概论》简明扼要地阐述了隧道力学的基础理论、解析模拟、数值模拟、物理模拟、参数估计与不确定性分析。正文分八章，依次阐述了：固体力学基础，隧道与围岩，深埋隧道弹粘塑性力学解析理论，浅埋隧道经验公式与解析理论，浅埋隧道环境力学解析理论，数值模拟，物理模拟，参数估计与不确定性分析。附录包含四个部分，分别阐述了：弹性平面问题的复变函数解法，平面均匀应力场的弹性解，均匀初始应力场深埋圆截面隧道弹性解的复变函数法推导，无限长弹性地基梁的解析解。

隧道力学概论 目录

前言
1 固体力学基础
1.1 应力分析
1.1.1 应力张量
1.1.2 剪应力互等定理与平衡方程
1.1.3 主应力和应力不变量
1.2 应变分析
1.2.1 应变张量
1.2.2 主应变和应变不变量
1.2.3 变形协调方程
1.3 本构模型
1.3.1 本构模型的类型
1.3.2 弹性本构方程
1.3.3 弹塑性本构方程
1.3.4 黏—弹塑性本构方程
1.4 固体力学控制微分方程与求解过程
1.4.1 弹性力学控制方程组与求解过程
1.4.2 弹性力学平面模型与应力函数解法
1.4.3 弹黏塑性力学控制方程组与弹塑性增量本构方程的数值积分
1.4.4 黏—弹性力学控制方程组与求解方法
2 隧道与围岩
2.1 隧道的受力特点与力学模型
2.1.1 隧道的分类和受力特点
2.1.2 自然拱与隧道埋深划分
2.1.3 隧道的地层—结构模型
2.1.4 围岩特征线与支护特征线
2.1.5 隧道的荷载—结构模型与荷载计算方法
2.2 隧道施工基本内容与围岩行为分类
2.2.1 隧道施工基本内容
2.2.2 隧道围岩行为分类
2.3 围岩的结构特征与物理力学特征
2.3.1 围岩的结构特征
2.3.2 围岩的基本物理力学性质
2.3.3 围岩的初始应力
2.3.4 围岩的霍克—布朗屈服准则
2.4 围岩分级（类）
2.4.1 围岩分级的目的与指标
2.4.2 中国铁路隧道围岩分级及围岩压力经验公式
2.4.3 太沙基分级（简介）
2.4.4 rmr分级
2.4.5 q分级与应用
2.4.6 rmr分级与q分级之间的相关性
2.4.7 土的分类
3 深埋隧道弹黏塑性力学解析理论
3.1 深埋隧道围岩应力—位移场与基本假设
3.1.1 深埋隧道围岩应力—位移场
3.1.2 深埋隧道解析模型的基本假设
3.2 均匀初始应力场内任意方位深埋圆截面隧道围岩弹性解
3.2.1 控制方程组
3.2.2 边界条件
3.2.3 解析解
3.3 均匀初始应力场内深埋圆截面隧道弹性解
3.3.1 控制方程组
3.3.2 边界条件
3.3.3 解析解
3.4 均匀各向同性初始应力场内深埋圆截面隧道弹塑性解
3.4.1 基本解析模型
3.4.2 针对莫尔—库仑屈服准则和理想弹塑性零塑性体积应变模型的解析解
3.4.3 针对莫尔—库仑屈服准则和弹一脆塑性非关联流动模型的解析解
3.4.4 针对霍克—布朗屈服准则和弹一脆塑性非关联流动模型的解析解
3.4.5 针对无量纲霍克—布朗屈服准则和理想弹塑性非关联流动模型的解析解
3.5 均匀各向同性初始应力场内深埋圆截面隧道黏弹性解
3.5.1 针对麦克斯韦黏弹性模型的径向相对位移
3.5.2 针对开尔文黏弹性模型的径向相对位移
3.5.3 针对伯格斯黏弹性模型的径向相对位移
3.6 均匀各向同性初始应力场内深埋圆截面隧道弹—脆黏塑性解
3.6.1 围岩初始弹性区的应力和相对位移
3.6.2 围岩初始塑性区的应力和相对位移
3.6.3 围岩瞬态塑性区的应力和相对位移
3.6.4 围岩终态塑性区的应力和相对位移
3.6.5 围岩瞬态弹性区的应力和相对位移
3.6.6 函数f（t）的确定
3.6.7 塑性剪胀系数vp的确定
3.7 均匀初始应力场内深埋圆截面隧道线性应变硬化／软化弹塑性解
3.7.1 线性应变硬化／软化弹塑性模型与德鲁克一普拉格屈服准则
3.7.2 简化德鲁克一普拉格线性应变硬化／软化模型与解析解及推导过程
3.8 均匀初始应力场内深埋椭圆截面隧道弹性解
3.9 均匀初始应力场内深埋边界分段光滑截面隧道复势函数弹性解
3.9.1 围岩应力和位移的复势函数弹性解
3.9.2 应用举例
4 浅埋隧道经验公式与解析理论
4.1 浅埋隧道地层位移的经验公式
4.2 无初应力地层浅埋圆截面隧道虚像法弹性解
4.2.1 萨格塞塔解的推导过程（sagaseta，1987）
4.2.2 沃卢杰一布克解的推导过程（verruijt and booker，1996）
4.2.3 盾构法隧道开挖的等效地层损失参数（loganathan and poulos，1998）
4.3 无初应力地层浅埋圆截面隧道的复势函数弹性解
4.3.1 保角变换与复势函数的罗朗（laurent）级数
4.3.2 地表边界条件与应用
4.3.3 隧道面力边界条件与应用（verruijt，1998）
4.3.4 隧道位移边界条件与应用（verruijt，1997）
4.4 有重地层浅埋圆截面隧道应力函数法弹性解
4.4.1 边界条件
4.4.2 应力函数法求解（matsumoto and nishioka，1991）
4.5 有重地层浅埋圆截面隧道一衬砌应力函数法弹性解
4.6 无初应力地层浅埋隧道随机介质理论解
5 浅埋隧道环境力学解析理论
5.1 隧道开挖影响分区
5.1.1 筒仓模型与地层竖向应力分布
5.1.2 自由地层隧道开挖影响分区与地层荷载的作用
5.2 承载地层浅埋隧道开挖塑性区的解析法预测
5.2.1 自由地层浅埋隧道开挖以后的地层应力
5.2.2 既有地层荷载产生的地层应力
5.2.3 承载地层浅埋隧道开挖以后的地层应力与塑性区
5.3 桩基荷载地层浅埋隧道开挖塑性区的解析法预测
5.3.1 自由地层浅埋隧道开挖以后的应力
5.3.2 既有桩基荷载产生的地层应力
5.3.3 桩基荷载地层浅埋隧道开挖以后的应力和塑性区
5.4 导洞—隔离桩对浅埋隧道开挖影响限制的解析法预测
5.4.1 工程概况
5.4.2 导洞—隔离桩变位及附近地层变位的解析法预测
5.5 浅埋隧道开挖对地下管道影响的解析法预测
5.5.1 地下管道的邻近等级
5.5.2 地层沉降对地下管道影响的弹性地基梁算法
5.6 浅埋隧道开挖对地表房屋影响的等效梁极限拉应变法预测
5.6.1 基本思路
5.6.2 计算预测步骤
5.7 浅埋隧道施工降水引起地层沉降和单桩沉降的简化估算
5.7.1 浅埋隧道施工降水引起地层沉降的简化估算
5.7.2 浅埋隧道施工降水引起单桩沉降的简化估算
5.8 水下浅埋隧道排水量及水压力的解析模型
5.8.1 浅埋隧道等水头排水解析模型
5.8.2 浅埋隧道等水压排水解析模型
5.8.3 隧道衬砌结构地下水压强解析模型
6 数值模拟
6.1 数值模拟方法的要点和分类
6.2 有限元法
6.2.1 区域离散与单元模型
6.2.2 有限元刚度方程与求解方法
6.3 边界元法
6.3.1 边界元法的理论基础
6.3.2 直接边界元法与边界元法的优缺点
6.3.3 间接边界元法的基本公式
6.4 有限差分法
6.4.1 直接差分与平均差分
6.4.2 平均差分模型与拉格朗日算法
6.5 离散元法
6.5.1 时刻t，计算单元的（质心）位移加速度u和（刚体）转动加速度θ
6.5.2 时刻t+△t／2，计算单元的位移速度u和转动速度θ
6.5.3 时刻t+△t，计算单元的位移u和转动角度θ
6.5.4 令t=t+△t，转入上面的**步，进人单元的下一个计算循环
6.6 隧道开挖与支护的数值模拟方法
6.6.1 开挖的数值模拟方法
6.6.2 支护的数值模拟方法
6.7 算例1——某地铁车站暗挖施工对附近既有公路隧道结构影响的有限元计算分析
6.8 算例2——某明挖地铁车站结构侧墙混凝土早期温度和温度应力的有限元计算分析
6.8.1 新混凝土侧墙早期温度场的计算分析
6.8.2 新混凝土侧墙早期温度应力场的计算分析
7 物理模拟
7.1 物理模拟试验及分类
7.2 物理模拟试验的比例常数与相似关系
7.3 物理模拟试验的相似条件及其确定方法
7.3.1 方程分析法
7.3.2 量纲分析法
7.4 离心模型试验
7.4.1 离心模型试验原理及离心机类型
7.4.2 离心模型试验的局限性
7.5 隧道模型试验方法
7.5.1 隧道模型试验系统
7.5.2 隧道开挖的物理模拟方法
8 参数估计与不确定性分析
8.1 参量模型
8.2 参数的平均值
8.2.1 参数平均值的类型与特点
8.2.2 复合地层的平均弹性模量
8.3 参数估计方法的分类
8.3.1 逆分析法
8.3.2 普通统计法
8.3.3 地质统计法
8.4 参数估计的逆分析法
8.4.1 逆问题解法的分类
8.4.2 逆问题求解的间接法
8.4.3 后验协方差及后验概率分布
8.4.4 逆问题的参数选择与敏感度分析
8.5 参数不确定性分析方法
8.5.1 参数的不确定性与概率力学模型
8.5.2 可靠度模型与破坏概率
8.6 随机抽样法
8.6.1 参数模型与随机参数生成方法
8.6.2 蒙特卡罗法
8.7 一阶二次矩法
8.8 一阶可靠度法
8.8.1 一阶可靠度法的基本思想
8.8.2 一阶可靠度法的几何意义
8.8.3 一阶可靠度法的计算方法
8.8.4 改进一阶可靠度法
8.9 算例——某浅埋隧道施工引起附近既有桥梁桩基差异沉降的概率分析
附录a 弹性平面模型的复变函数解法
a.1 解析函数
a.2 应力函数的复变函数表达式
a.3 弹性平面模型的复变函数解
a.4 保角映射下弹性平面模型的复变函数解
a.5 多连通无限弹性平面模型的复势函数
附录b 无限平面均匀应力场的弹性解
b.1 无限弹性平面均匀应力场
b.2 无限弹性平面均匀应力场的复势函数
b.3 无限弹性平面均匀应力场的位移和应变
附录c 均匀初始应力场深埋圆截面隧道弹性解的复变函数法推导
c.1 初始主应力σxx单独作用时围岩的应力和位移
c.2 初始主应力σyy单独作用时围岩的应力和位移
c.3 均布径向支护抗力集度p单独作用时围岩的应力和位移
c.4 σxx、σyy、p共同作用时的应力和隧道开挖一支护产生的位移
附录d 深埋椭圆截面隧道的复势函数
d.1 深埋有支护椭圆截面隧道基于规则映射函数的复势函数
d.2 深埋有支护椭圆截面隧道基于非规则映射函数的复势函数
d.3 深埋有支护椭圆截面隧道弹性解的唯一性
附录e 无限长弹性地基梁的解析解
e.1 弹性地基梁的基本方程
e.2 集中荷载作用下无限长弹性地基梁的变位和内力
e.3 三角形分布荷载作用下无限长弹性地基梁的变位和内力
参考文献